一種基于萬(wàn)有引力搜索模型的副本替換方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于萬(wàn)有引力搜索模型的副本替換方法：步驟1：獲得最近T時(shí)間段內(nèi)文件的副本文件被訪問(wèn)記錄；步驟2：獲得文件所在節(jié)點(diǎn)與副本文件所在節(jié)點(diǎn)之間最大網(wǎng)絡(luò)帶寬及副本文件訪問(wèn)時(shí)間；步驟3：當(dāng)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的文件被訪問(wèn)后，得到新的副本文件，判斷該節(jié)點(diǎn)上是否至少有一個(gè)副本文件，是則執(zhí)行步驟4，否則執(zhí)行步驟5；步驟4：計(jì)算該文件的所有副本文件的替換價(jià)值，判斷新的副本文件的大小是否小于替換價(jià)值最小的副本文件與該存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的剩余存儲(chǔ)空間之和，是則替換價(jià)值最小的副本文件；步驟5：判斷該存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的剩余存儲(chǔ)空間是否大于新的副本文件的大小，存儲(chǔ)將新的副本文件。該方法能夠提高系統(tǒng)副本管理能力，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)整體性能。
【專利說(shuō)明】一種基于萬(wàn)有引力搜索模型的副本替換方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及ー種副本替換方法，具體是ー種基于萬(wàn)有引力搜索模型的副本替換方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在海量網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)中，由于存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)多而雜，而且存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)存在異構(gòu)性，使得各個(gè)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)在性能和可靠性上不盡相同，系統(tǒng)需要合理的管理這些節(jié)點(diǎn)，協(xié)調(diào)它們的工作，盡量使用大量?jī)r(jià)格低廉的存儲(chǔ)設(shè)備按一定的規(guī)則組合成一個(gè)可靠性較強(qiáng)、可用性較高的存儲(chǔ)系統(tǒng)，因此需要?jiǎng)?chuàng)建文件副本。
[0003]副本管理技術(shù)是海量網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)中保證數(shù)據(jù)可用性和可靠性的重要技術(shù)，其用于避免由于個(gè)別存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)故障或機(jī)器故障等不可預(yù)知的情況而造成文件的不可訪問(wèn)或丟失。因此，從理論上分析文件副本越多，則系統(tǒng)和文件的可用性及可靠性就越高；但是，副本的數(shù)量即副本冗余度的増加會(huì)消耗更多的系統(tǒng)資源如存儲(chǔ)空間，并且隨著副本數(shù)量的増加，為了更新副本，保持副本的一致性，也將會(huì)占用一定的網(wǎng)絡(luò)資源，勢(shì)必會(huì)加重網(wǎng)絡(luò)帶寬的負(fù)擔(dān)。因此，副本管理過(guò)程要權(quán)衡上述兩方面。副本數(shù)量的管理是在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間、合適的節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建或刪除對(duì)應(yīng)的副本，可明顯地提高數(shù)據(jù)文件的訪問(wèn)速度以及降低網(wǎng)絡(luò)資源的消耗和系統(tǒng)的負(fù)載均衡。海量網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)中，副本選擇策略可提高系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間、降低網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間延遲和帶寬消耗，從而提高數(shù)據(jù)文件的訪問(wèn)速度。
[0004]副本替換是副本管理技術(shù)中的ー種手段，由于文件副本數(shù)量的增加，不但占用了存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)中的大量存儲(chǔ)空間，而且加大了系統(tǒng)對(duì)副本管理和維護(hù)的開(kāi)銷，因此必須要適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行副本替換。副本替換的好壞會(huì)對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能產(chǎn)生直接的影響。副本替換一般有以下兩種情況:(I)創(chuàng)建副本之初，如果存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)上沒(méi)有足夠的空間來(lái)存儲(chǔ)，新的副本文件，這時(shí)需要存儲(chǔ)系統(tǒng)調(diào)用副本替換策略，刪除舊的文件副本；(2)需要定期進(jìn)行副本替換來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)中文件副本進(jìn)行更新，舊版本的文件副本需要?jiǎng)h除。
[0005]當(dāng)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)中剩余的存儲(chǔ)空間不足以存儲(chǔ)新副本的時(shí)候，如何選擇ー個(gè)新的副本來(lái)替換舊的副本？傳統(tǒng)的副本替換方法通常采用操作系統(tǒng)的頁(yè)面置換算法的操作方式。傳統(tǒng)的副本替換方法一般只適應(yīng)于単一網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)環(huán)境下，其無(wú)法適應(yīng)海量信息網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)環(huán)境(系統(tǒng))，對(duì)數(shù)據(jù)文件的讀取速度較慢，且常常陷入局部最優(yōu)值，無(wú)法在海量存儲(chǔ)整體環(huán)境中找到最優(yōu)的替換的副本文件。這是由于以下幾個(gè)原因:1)海量存儲(chǔ)環(huán)境中的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)更多，存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)覆蓋范圍更廣；2)存儲(chǔ)的副本文件不僅僅放在單ー網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，而可能分布在不同的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，因此具有更高的動(dòng)態(tài)性；3)文件訪問(wèn)時(shí)延、網(wǎng)絡(luò)帶寬和硬件的配置等。
[0006]因此，研究一種能夠有效降低文件訪問(wèn)時(shí)間的副本替換方法，對(duì)于提高系統(tǒng)副本管理能力，達(dá)到優(yōu)化系統(tǒng)的整體性能是十分有必要的。
[0007]Esmat Rashedi和H.Nezamabadrpour等人于2009年提出一種源于對(duì)物理學(xué)中的牛頓萬(wàn)有引力定律進(jìn)行模擬的優(yōu)化捜索技術(shù)，即引力捜索算法(GSA)，它與粒子群算法相似，是ー種元啟發(fā)式算法，它通過(guò)群體中各粒子之間的萬(wàn)有引力相互作用產(chǎn)生的群體智能指導(dǎo)優(yōu)化捜索，以達(dá)到節(jié)約網(wǎng)絡(luò)資源，提高系統(tǒng)服務(wù)性能的目的。萬(wàn)有引力是自然界4種基礎(chǔ)的カ之一，粒子在萬(wàn)有引力的作用下相互之間不斷地靠近，在自然界中，每ー個(gè)里粒子都會(huì)和其他的所有粒子相互吸引，對(duì)于兩個(gè)相互分離的粒子，它們相互之間的萬(wàn)有引力是沒(méi)有間隔和延遲的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對(duì)目前海量存儲(chǔ)中因用戶數(shù)量、數(shù)據(jù)類型以及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境復(fù)雜而引起對(duì)數(shù)據(jù)文件的讀取速度較慢，導(dǎo)致系統(tǒng)整體服務(wù)性能降低、浪費(fèi)部分網(wǎng)絡(luò)資源的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于，提供一種基于萬(wàn)有引力捜索模型的副本替換算法(GMRA)，該方法根據(jù)海量網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的副本替換的特點(diǎn)及萬(wàn)有引力捜索算法的特性而提出，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)文件讀取請(qǐng)求快速響應(yīng)。本發(fā)明在海量網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)環(huán)境下，采用萬(wàn)有引力捜索模型有效地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行負(fù)載均衡，降低文件訪問(wèn)時(shí)間，降低網(wǎng)絡(luò)帶寬的消耗和數(shù)據(jù)訪問(wèn)的延遲，使用本發(fā)明的方法能夠提高副本管理能力，達(dá)到優(yōu)化海量信息網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)的整體性能的目的。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案予以解決:
[0010]一種基于萬(wàn)有引力捜索模型的副本替換方法，具體包括如下步驟:
[0011]步驟1:獲得最近T時(shí)間段內(nèi)文件f的所有副本文件も的被訪問(wèn)記錄，并將訪問(wèn)記錄存儲(chǔ)在多維關(guān)系索引表中；每條訪問(wèn)記錄包括:最近T時(shí)間段內(nèi)副本文件も被訪問(wèn)次數(shù)t、副本文件も所在節(jié)點(diǎn)位置、副本文件も的大小Si ；
[0012]步驟2:根據(jù)多維關(guān)系索引表中的索引地址，找到步驟I中文件f的所有副本文件各自所在的節(jié)點(diǎn)，井分別獲得文件f所在節(jié)點(diǎn)與它的每個(gè)副本文件所在節(jié)點(diǎn)之間的最大網(wǎng)絡(luò)帶寬Bi及每個(gè)副本文件的訪問(wèn)時(shí)間Tvt ；
[0013]步驟3:當(dāng)某存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)上的某文件f被訪問(wèn)后，得到該文件f的新的副本文件，此處的訪問(wèn)是指用戶對(duì)文件的寫操作。
[0014]如果在文件f被訪問(wèn)前，該存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)上存有文件f的至少ー個(gè)副本文件，執(zhí)行步驟
4;否則執(zhí)行步驟5 ；
[0015]步驟4:判斷步驟3得到的新的副本文件的大小是否大于原有的所有副本文件與該存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的剩余存儲(chǔ)空間之和，如果是，則將新的副本文件刪除；否則，利用式3分別計(jì)算該文件f?的所有副本文件的替換價(jià)值，并按照替換價(jià)值將副本文件升序排列；此時(shí)，判斷新的副本文件的大小是否小于替換價(jià)值最小的副本文件與該存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的剩余存儲(chǔ)空間之和，是則用新的副本文件替換替換價(jià)值最小的副本文件，否則，比較新的副本文件的大小是否小于替換價(jià)值最小的兩個(gè)副本文件與該存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的剩余存儲(chǔ)空間之和，是則用新的副本文件替換該替換價(jià)值最小的兩個(gè)副本文件，否則增加副本文件的個(gè)數(shù)繼續(xù)判斷并刪除原有的副本文件，直到將新的副本文件存入該存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)；
[0016]
【權(quán)利要求】
1.一種基于萬(wàn)有引力捜索模型的副本替換方法，其特征在于，具體包括如下步驟: 步驟1:獲得最近T時(shí)間段內(nèi)文件f的所有副本文件も的被訪問(wèn)記錄，并將訪問(wèn)記錄存儲(chǔ)在多維關(guān)系索引表中；每條訪問(wèn)記錄包括:最近T時(shí)間段內(nèi)副本文件も被訪問(wèn)次數(shù)t、副本文件も所在節(jié)點(diǎn)位置、副本文件も的大小Si ； 步驟2:根據(jù)多維關(guān)系索引表中的索引地址，找到步驟I中文件f的所有副本文件各自所在的節(jié)點(diǎn)，井分別獲得文件f?所在節(jié)點(diǎn)與它的每個(gè)副本文件所在節(jié)點(diǎn)之間的最大網(wǎng)絡(luò)帶寬Bi及每個(gè)副本文件的訪問(wèn)時(shí)間Tvt ； 步驟3:當(dāng)某存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)上的某文件f被訪問(wèn)后，得到該文件f的新的副本文件，此處的訪問(wèn)是指用戶對(duì)文件的寫操作。 如果在文件f被訪問(wèn)前，該存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)上存有文件f的至少ー個(gè)副本文件，執(zhí)行步驟4 ；否則執(zhí)行步驟5 ； 步驟4:判斷步驟3得到的新的副本文件的大小是否大于原有的所有副本文件與該存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的剩余存儲(chǔ)空間之和，如果是，則將新的副本文件刪除；否則，利用式3分別計(jì)算該文件f?的所有副本文件的替換價(jià)值，并按照替換價(jià)值將副本文件升序排列；此時(shí)，判斷新的副本文件的大小是否小于替換價(jià)值最小的副本文件與該存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的剩余存儲(chǔ)空間之和，是則用新的副本文件替換替換價(jià)值最小的副本文件，否則，比較新的副本文件的大小是否小于替換價(jià)值最小的兩個(gè)副本文件與該存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的剩余存儲(chǔ)空間之和，是則用新的副本文件替換該替換價(jià)值最小的兩個(gè)副本文件，否則增加副本文件的個(gè)數(shù)繼續(xù)判斷并刪除原有的副本文件，直到將新的副本文件存入該存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)
2.如權(quán)利要求1所述的基于萬(wàn)有引力捜索模型的副本替換方法，其特征在于，所述步驟4中，所述引力常數(shù)Gtl=0.02。
【文檔編號(hào)】G06F17/30GK103455579SQ201310374827
【公開(kāi)日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月26日
【發(fā)明者】邊根慶, 邵必林, 盧才武, 張維琪, 張志霞, 葉娜, 李智杰, 龔培嬌, 權(quán)西瑞, 趙華龍 申請(qǐng)人:西安建筑科技大學(xué)